Файл: Способы представления данных в информационных системах.pdf

В соответствии с уровнем требований к категоризации данных, модели данных разделяются на два класса: сильно типизированные и слабо типизированные. Сильно типизированные – это модели, в которых предполагается, что все данные должны быть отнесены к какой-либо категории. Если данные нельзя отнести ни к одной из них, то их следует с помощью искусственных приемов привести к той или иной категории. Слабо типизированные модели не связаны никакими предположениями относительно категорий. Категории используются в той степени, в какой это целесообразно в каждом конкретном случае. Отдельные данные могут существовать как сами по себе, так и в связи с другими данными. Сильно типизированные модели накладывают весьма жесткие ограничения на представление данных и на их применение, что затрудняет передачу тонких семантических различий.

Например, категория СЛУЖАЩИЙ в сильно типизированной модели данных должна быть гомогенной, т. е. все объекты, принадлежащие этой категории, должны иметь однотипные свойства, структуру и т. д. Между тем, женатые и неженатые, временные и постоянные, находящиеся на сдельной и повременной оплате служащие могут характеризоваться поразному. Вместе с тем, сильно типизированные модели данных обладают и большими достоинствами.

Они позволяют построить строгие абстракции свойств данных и исследовать их в терминах категорий. Иными словами, можно построить теорию, основывающуюся на категориях, которые фактически ин капсулируют (не требуют специального описания) свойства конкретных данных. Отдельные свойства категорий наследуются принадлежащими к ним данными. Кроме того, устраняется дублирование имен: имена подобных объектов и их свойств могут быть абстрагированы соответственно в имя категории и имя свойства категории.

Например, путем присвоения самой категории имени СЛУЖАЩИЙ, а свойству этой категории – имени ВОЗРАСТ, устраняется повторение имен в каждой тройке < СЛУЖАЩИЙ, ВОЗРАСТ, ЗНАЧЕНИЕ >.

Еще одно преимущество сильно типизированных моделей состоит в возможности устранять очевидную противоречивость данных, поскольку семантически близкие данные будут рассматриваться в рамках одной категории. Это не всегда имеет место в слабо типизированных моделях данных. Гибкость последних позволяет отводить факту различные места в общей структуре фактов. В слабо типизированных моделях обнаружить противоречивость далеких по представлению фактов очень трудно. В отличие от сильно типизированных моделей слабо типизированные модели данных обеспечивают интеграцию данных и категорий. Предельные возможности в этом плане обеспечиваются исчислением предикатов, в котором акцент делается на обеспечении универсальности средств описания, вне связи с искусственными ограничениями на типизацию и категоризацию данных. Во многих моделях данных исчисление предикатов используется для представления знаний, не реализуемого базовыми средствами модели.

Вместе с тем, исчисление предикатов не обеспечивает хорошего наглядного представления данных, поскольку предполагает работу с линейными текстами (или с конструкциями формального языка типа ПРОЛОГ), и поэтому не может служить универсальным средством моделирования. Основные причины, по которым в сильно типизированных моделях поддерживаются столь серьезные ограничения, связаны с тем, что число представляемых объектов обычно весьма велико, а возможности интеллекта человека ограничены.

Для облегчения понимания данных и работы с ними необходимо разбить множество объектов на подмножества. Элементы каждого подмножества должны подчиняться общим закономерностям. При небольшом числе объектов или высоком уровне интеллекта пользователей ограничения могут быть ослаблены, а значения представлены в естественной для них форме. Определение модели данных. Большинство моделей данных, используемых в СОД, относится к сильно типизированным.

Поэтому в данном курсе основное внимание будет уделено именно этим моделях. В модели данных конкретной предметной области совокупность именованных категорий (например, ЛИЧНОСТЬ, АВТОМОБИЛЬ), их свойств (ФИО, МАРКА АВТОМОБИЛЯ) и связей между ними (ВЛАДЕЕТ, ВОДИТ) называется схемой. Рассмотрим простую модель данных – т.н. «плоский файл», в которой категории называются типами сущностей, а свойства категорий – атрибутами.

Пусть эта модель применяется для представления данных о служащих. Тогда в схеме будет специфицирован тип сущности СЛУЖАЩИЙ (ФИО, Возраст, Адрес), где СЛУЖАЩИЙ – имя типа сущности, ФИО, Возраст, Адрес – имена атрибутов. Конкретные данные будут иметь форму, например, ­ Иванов И.И._29_ Таганрог, ул. Греческая, 82 !

Модель данных определяет правила, в соответствии с которыми структурируются данные. Однако структурные спецификации не обеспечивают возможности полной интерпретации семантики данных и способа их использования. Должны быть также специфицированы операции над данными. Так, например, список объектов в зависимости от допустимых операций может приобрести свойства стека или очереди. Обычно операции соотносятся со структурами данных.

Совокупность данных, структура которых соответствует конкретной схеме, называется базой данных (БД). Этот термин применяется, как к определенной реализации указанной совокупности данных, так и к ряду связанных между собой реализаций. Дело в том, что операции, предусмотренные моделью данных, преобразуют одну БД в другую. Эти БД имеют одну и ту же структуру и соответствуют одной и той же схеме. Последовательность БД, получаемую в результате преобразований, обычно и называют БД.

Разнообразие моделей данных соответствует разнообразию областей применения и контингента пользователей. Тем не менее, существует ряд общих понятий и определений, относящихся ко всем моделям. Свойства, которые отображает модель реального мира в основном делятся на два класса: статические и динамические. К статическим относятся свойства, инвариантные во времени. Они всегда справедливы и неизменны. Динамические свойства соответствуют эволюционной природе мира. Любая модель данных должна некоторым образом представлять эти два класса свойств. Исходя из этого, модель данных М можно определить как множество правил порождения G и множество операций О. Множество правил порождения выражает статические свойства модели данных и соотносится с языком описания данных (ЯОД).

Множество операций выражает динамические свойства модели данных и соотносится с языком манипулирования данными (ЯМД). Средствами ЯОД определяются допустимые структуры данных объектов и связей, а также допустимые реализации данных. Определение структур данных реализуется посредством спецификаций, которые должны удовлетворять правилам порождения.

Например, спецификация типа сущности СЛУЖАЩИЙ производится в терминах атрибутов и типов значений каждого атрибута. Селекция допустимых реализаций объектов или связей задается путем указания для каждой категории ограничений целостности. Так, можно указать, что каждый номер по реестру социального страхования может быть присвоен не более чем одному служащему или что никакой служащий не может зарабатывать больше, чем его руководитель.

В некоторых моделях данных правила порождения G разделяют на две части: правила порождения структур GS и правила порождения ограничений GС. Соответственно этому схема S будет также состоять из двух частей: спецификации структуры SS и спецификации явных ограничений SС. Примером явного ограничения целостности служит указание на то, что атрибут Номер служащего типа сущности

СЛУЖАЩИЙ есть идентификатор (ключ). Это означает, что в каждый момент времени множество реализаций типа сущности

СЛУЖАЩИЙ не может содержать две или более реализаций с одинаковым значением атрибута Номер служащего. Наряду с явными ограничениями в модели данных могут поддерживаться также внутренние ограничения, отражаемые в структурной части SS.

Эти ограничения налагаются на объекты и связи по определению. Например, связи между объектами могут быть ограничены только древовидной структурой (т. е. более общие – сетевые структуры недопустимы). Правила G обеспечивают порождение множества схем S, каждая из которых определяет конкретную структуру данных и специфицирует ограничения целостности. Если под БД понимать реализацию совокупности данных, удовлетворяющую схеме, то можно сказать, что схеме соответствует множество D различных БД. Множество операций О, которые соотносятся с ЯМД, определяют допустимые действия над реализацией Di БД для преобразования ее в другую реализацию Dj. Не все операции приводят к изменению реализации БД.

Поэтому для отслеживания динамики БД вводят некоторые дополнительные объекты – индикаторы текущих и другие управляющие элементы. Эти объекты в строгом смысле не относятся к объектам БД, но они связаны с реализацией БД и могут изменяться в результате выполнения операций.

Совместно с конкретной реализацией D БД они определяют состояние БД – DBS. Рассмотрим, например, последовательную выборку из плоского файла с использованием команды «дать следующую (запись)». Текущее состояние БД определяется реализацией D, а также значением индикатора текущей. Выполнение операции «дать следующую» не приведет к изменению реализации D БД, но состояние БД изменится, так как изменится значение индикатора текущей.

Управление БД осуществляется системой управления БД (СУБД), которая поддерживает средства определения схем БД и обеспечивает выполнение операций над данными БД. Естественно, СУБД должна поддерживать модель данных. Иногда СУБД вообще создаются под определенную модель данных. В 14 других СУБД эволюционное изменение модели данных привело к независимым реализациям ее отдельных версий.

2 Способы представления данных в информационных системах

2.1 Назначение и область применения

Суть программы заключается в предоставлении пользователю выбора одного правильного ответа из нескольких предоставленных, осуществляемого посредством переключателя. За каждый правильный ответ пользователю начисляется один балл. Когда пользователь завершает процесс ответов на вопросы тестирование заканчивается, программа резюмирует количество баллов, определяет оценку и выдает результат тестирования. Программа содержит модуль пробного тестирования, в котором корректные варианты ответа отображаются другим цветом. Пройти пробное тестирование пользователь может, введя пароль. Вопросы и ответы на них по каждому тесту сохранены в отдельный текстовый файл.

Сфера использования: разрабатываемую программу планируется применять для оценивания знаний учащихся; образовательный процесс.

Условия задачи курсового проекта не предусматривают управление программы какой-либо конкретной операционной системой. Решено разрабатывать новую программу для работы в среде самого распространенного на данный момент семейства операционных систем Windows.

Программу необходимо создать в среде языка программирования Delphi. При выборе данной системы программирования пользователем берется на себя задача по написанию подпрограмм. После написания взаимосвязь между подпрограммами обеспечивается непосредственно самой средой визуального программирования Delphi. Работая в среде визуального программирования пользователь имеет в своем распоряжении внушительный комплект визуальных компонентов и средств для разработки качественной программной продукции.

2.2 Постановка задачи

Согласно условию задачи требуется разработать для тестирования программный продукт. Суть программы заключается в предоставлении пользователю выбора одного правильного ответа из нескольких предоставленных, осуществляемого посредством переключателя. За каждый правильный ответ пользователю начисляется один балл. Когда пользователь завершает процесс ответов на вопросы тестирование заканчивается, программа резюмирует количество баллов, определяет оценку и выдает результат тестирования. Программа содержит модуль пробного тестирования, в котором корректные варианты ответа отображаются другим цветом. Пройти пробное тестирование пользователь может, введя пароль. Вопросы и ответы на них по каждому тесту сохранены в отдельный текстовый файл.

2.3 Описание алгоритма

В реализовываемом программном продукте реализуются следующие задачи:

1. Операции с переключателями (Radio Button);

2. Операции с внешним файлом в формате txt;

3. Операции с паролем;

4. Суммирование набранных баллов и оформление итогов тестирования.

Во время запуска приложения пользователь выбирает один из двух вариантов тестирования – обычный либо тестовый режим. Выбор производится в главном меню приложения – MainMenu.

В том случае, если выбран обычный режим тестирования, происходит обработка процедуры N1Click. Так как вопросы и ответы на них записаны во внешний txt-файл, программа должна проверить наличие данного файла в каталоге, а также его читабельность. В случае если при этом возникает проблема, программе следует предупредить об этом пользователя и прекратить свою работу. В случае успешного обращения к txt-файлу, начинается обработка программой текстового файла.

В процессе загрузки файла с тестовой информацией, программа заполняет два рабочих массива, level и mes. В первом из них будут храниться критерии оценки, а во втором – комментарии к оценкам. До начала работы программой обнуляются результаты тестирования, и выводится первый вопрос.